宇宙飛船以光速飛行100光年,飛船內的人是否只過了一瞬間?

my19861115

愛因斯坦的狹義相對論告訴我們:如果你運動的越快,那麼時間流逝的就越慢。而當你運動的速度等於光速時,時間就停止了。

但狹義相對論也告訴我們,如果把一個物體加速至光速,就需要非常多的能量,這些能量之多,以至於物體只能無限的接近光速,而無法超越。

現在我們假設,已經到達了光速,甚至進行超光速飛行,會發生什麼事情?

很多人會認為如果超光速,時間就會逆轉吧,也就是如果超光速飛行可以實現時間倒流,可以回到過去,當然在很多科幻影視作品中都是如此表現的。


但是有一個需要思考的事情就是有超光速飛行引起的宇宙因果律的變化,破壞因果關係,會產生很多悖論,但這些悖論是按照我們所遵從的物理世界分析所產生的,當然一切都是假設。

事實上超光速並不是不存在的,在量子力學中,有一種叫做量子糾纏的狀態,可以被看作是一種超光速的信息傳遞形式,還有就是宇宙自身的膨脹也是超光速的。

但是對於普通的物質,比如一個人,是否可以實現超光速呢?如果可以,又會對他產生什麼影響?他所看到的,所感受到的?又會怎樣?對於一般物質的超光速是一個在數學理論上能夠成立的假設,但超光速之後,那個物質(人)將會處於一種怎樣的狀態……


愛因斯坦的狹義相對論得出鐘慢效應,我們可藉助這個公式來計算時間的流逝,當你處在任何運動速度下都會有一個相對的時間,而當速度v再大,超過光速c時,得到的結果便是一個虛數,這是沒用任何意義的。

但還有一個神奇的公式,提出者是和愛因斯坦同時代的托爾曼,作為上面公式的升級版,經過計算可以得出,當速度大於光速時時間流逝的一個解是負數。注意通過這個公式得到的結果是負數,而不是虛數,這就說明超光速是有意義的。(參考:理查德托爾曼,The theory of relativity motion,59:Velocities greater than that of light.)

但負的時間流逝是一個什麼概念呢?

在物理學中有一個概念叫做反因果(retro-casuality),學術上把這種假象現象叫做:兩個事件(因和果)中的時空距離相似空間,是一對鏡像。



更加貼切的表示:這裡的時間已經不再是我們平日裡所理解的那個概念了,時間更像是一種實體化的空間,我們甚至可以隨便的走動,走回過去,走向未來,當然這也只是一個推測假說,理論上可行,而在科學界本身爭議也有很多。


GeekNet

首先,必須要指出的是,對於像宇宙飛船這樣顯然具有質量的物體,再怎麼加速,也不可能達到光速,這就是狹義相對論的光速不可超越性。這是因為隨著宇宙飛船的速度變得越來越快,質量也會隨之增大,而質量在速度接近光速時將會急劇增加到無窮,具體如下圖所示:

對於質量趨於無窮大的宇宙飛船,想要進一步加速是不可能的,所以光速是飛船的運動速度所無法達到的極限。對於其他靜止質量不為零的物體也是一樣的,它們的運動速度都只能低於光速。這裡我們可以假設宇宙飛船的飛行速度為光速的99.99%。

此外,在涉及到相對論效應時,需要明確指出空間和時間是相對於哪個參照系的觀察者而言,因為不同參照系的觀察者所測得的時空具有很大的差異。如果地球上的觀察者測得兩個天體之間的距離為Δl,飛船上的觀察者測得同樣兩個天體之間的距離為ΔL,那麼,這兩者存在如下的關係:

其中v是飛船相對於地球的運動速度,c是光速。

如果地球上的觀察者認為宇宙飛船飛行了100光年,那麼,飛船上的觀察者會認為飛行距離為ΔL=100×√(1-0.9999^2)光年≈1.4光年。因此,地球上的觀察者會認為飛船的飛行時間大約為100年,而飛船上的觀察者會認為時間只過去了1.4年。

另一方面,如果宇宙飛船上的觀察者認為飛船飛行了100光年,那麼,他們所經歷的時間大約就是100年。但在地球上的觀察者看來,飛船的飛行距離為Δl=100/√(1-0.9999^2)光年≈7071光年,所以他們會認為飛船飛行了大約7071年的時間。


火星一號

任何物體在時空的四維裡都是以光速在“運動”。如果它在空間的三維上達到了光速,根據速度的分解方法,那麼他在時間維上的“速度”就是0,也就是時間停止了,不存在你所謂的“一瞬”。


shave2014

這個問題躍躍欲試卻又欲言又止,假設飛船以光速飛行,飛船內的人一瞬間也沒有過。

在這裡有兩個參考系,飛船和地球。飛船參考系容易被忽略,導致很多人不理解時間怎麼會靜止。實際上以飛船作為參考系,是沒有鐘慢效應的,鐘慢效應是在地球參考系得出來的結論。

此時的相對論效應是尺縮效應,以高速運動的物體為參考系,在物體速度方向上所有的距離都會縮短,光速時縮短為零。所以對於光速飛船來說,它經過的距離為零, 所經歷的時間當然也是零。


以地球為參考系時,結論我們就熟悉了,在鐘慢效應下,只是飛船的時間靜止。以地球上的時間來作為參考,飛船以光速飛行了一百年,經過了一百光年的距離。

因此在地球的參考系,飛船行進了一百年,路程為一百光年。在飛船參考系,飛船行進路程為零,經過的時間也為零。問題實際上是把兩個參考系的路程和時間雜糅到了一起。


嘮科請留步

很高興回答你的問題。

關於狹義相對論一共兩個前提條件,簡單來說就是光速不變原理和物理規律不變原理。有靜止質量的物體達不到光速,按照理論來說,可以無限接近光速(但實際很難能達到)。

按照題主所說光速飛船不符合狹義相對論,但是要想按照現有理論進行分析,以地球參考系來看,接近光速的飛船飛行100光年,地球觀測者時間大於100年,根據狹義相對論公式可計算(感興趣讀者自行計算)出飛船上的時間大約幾個小時,不是一瞬間,但是時間相比較來說確實很短。



(所有圖片來源網絡,侵刪)

結語:主要是狹義相對論,時間膨脹效應。

微言淺見,祝好。


黑洞家的鏟屎官

一、廣義相對論的根本錯誤是出在了對時間的測量上

1、人類的時間是一個標準、是一種約定的衡量單位!它和人類的公斤米、是一樣的、是一種制度!

假定愛因斯坦正確、地球上的24時區的劃分和24小時一天的規定就要錯!地球上的制度時間是從一般宏觀條件時間抽象出的定義、是人類奮鬥了幾十萬年才統一了的硬性規定、是為了方便交流而用的、無論什麼人、什麼物裡過程、都要在這個統一的標準尺度下說話、人類才能達成時間的共識!

2、人類的制度時間是在宏觀條件下產生的、因而不適用只有一種條件去驗證!

地球上對時區的劃分、到小時、刻、秒的劃分都是較近距離的條件下的物理事件、它與光速基本上不發生衝突、為了更精準的定義它、人類用了放射性銫的同位素特徵來計量時間、在地球上的重力加速度基本不變的情況下、已經很準確了!但是、一但有了較大的加速度、微弱的差別還是有的!科學家在煤礦井下和山頭上、在高速運動的飛機上等等、都做了大量的試驗、銫在力場變化較大的情況下(也可說成是加速的變化)都發生了微弱的變化、這都是鐵的事實!輪到愛因斯坦、它把這個差距擴大到了極限、從而使我們人類守規距的時間受到了前所未有的破壞!

二、人類面臨兩種選擇、科學家重視驗證、而普通人崇尚時間的制度!

時間的制度是人類的靈魂、它方便、適用、是人類科學語言不可或缺的物理工具、和普通民眾的日常用詞!一切測量是為了維護這個制度而存在、再大的相對性差別也不能破壞到人類的制度、這就是今天為什麼愛因斯坦相對論能受到科技界追捧、確不受牛頓和普通大眾的待見的原因!愛因斯坦的擁護者說、時間必須經得起檢驗!民眾說、檢驗是為了維護制度!

三、缺乏第三個協調的理論而使兩者晏旗息鼓!

時間的制度是靈魂、是內容!檢驗的測量過程是手段!是形式、手段必須為制度的內容所服務!實證派、死抱檢驗不放、他們說:經不起檢驗的時間是沒有存在理由的!理想派說、誓死保衛實用的制度!他們高喊是時間重要還是測量的鐘表重要?難道鐘錶壞了、時間也跟著壞了不成?實證派說:沒有更準確的鐘了!測量的結來就是這個事實!制度派回敬道、沒有工具測量是方法上的問題、而制度豈能隨風倒浪!兩派各不相讓、一晃、僵持一百多年了!

四、借鑑歷史、解決問題

1、在歷史上、曾經有類似的案例大有借鑑意義。比如、早期的質量定義是和重量是不能區分的、當時受條件和視野的限制、一般人都認為一斤的重量就是一斤的質量、到後來隨著科學視野的發展、人們發現、地球上各個部分的重力並不一樣、更何況到了月球呢、如果我們做好了一杆標準的稱、去稱量宇宙各處的重物、會得出不同結果、很類似於今天相對論在時間的困惑!可是後來人們用相對的概念解決了問題、重量的制度不能破壞!給你一個修正的量、走到哪裡先測量你那裡的萬有引力強度、然後用標準的公斤稱去稱質量、結果的讀數扣除萬有引力的差、得出來的就是公斤制度下的標準重量、也叫物體的質量!

2、今天誰見過這個修正相對論時間的公式、沒有!要麼大談檢驗、要麼大喊制度!其實把愛因斯坦的相對性得出的這個差、作為制度扣除的依據、這個世界還存在什麼時間上的烏雲呢?今天我們誰都知道拿著地球上的公斤稱是不能到月面上去稱東西、要稱、得先扣除引力相對應響的那部分、從而才使地球上的這個標準工具上的讀數受到有力的保障!

歷史常常具有驚人的相似、今天再提光速悖論問題、使我不得不犧牲睡眠時間、就幾十年從不同的視角看待以上問題的心得、得出的不同的結論、和大家進行一番交流、如果你覺著每個推論遞進的無差錯、沒準、真理就在你我的交流之中!相信你己經知道了光速旅行飛船上的人、他心中的時間是什麼概念了!謝謝各位的耐心拜讀、不勝感激!


上帝從不胡弄人

根據廣義相對論,任何物體都不可能達到光速,達到0.9光速時,物體質量變大10倍,時間放慢,如果完全到達光速,物體的質量就變的無限大,時間靜止,所以無限大質量是不存在的,基於這一基本概念斷定,任何物體都不可能達到光速。

所以除去重力加速度帶來的慣性力,接近光速飛行10年,自己感知同樣是10年,而旁觀者感知可能是幾百幾千萬年。


回到未來sl

通俗的說,讀者才容量懂。

“飛船內的人不可能覺得只是一瞬間”!

飛船以光速飛100年,換成普通飛船飛要若干億年,這當中時間是存在的,過程要有的,不可能速度快,你身體的機能會休眠?記憶會晃恍惚?時間會停頓? 最簡單的說,你帶著一塊懷錶,時針總是一圈一圈地轉吧,秒針嘀嗒嘀嗒地均勻走吧,吃喝拉撒不時地重複操作。只是速度太快,你感覺飛船是停止的,窗外景也是靜止的,你仍在無聊地享受一天24小時一分一秒過著的生活。距離改變不了時間! 速度也改變不了時間l一些科學謬論畢竟改變不了人對時間過程的感受。所以說飛船以光速飛行100光年,人不會感覺只是一瞬間。


桃花山莊主

狹義相對論的本質,就是換一個參照系。不同的參照系,所得的物理參數顯然不同。



必須指出:不同的參照系下物理參數,絕對沒有可比性。這是最起碼的邏輯常識。可笑多少書呆子,在這個問題上大放厥詞。

洛倫茲變換因子的真實含義:γ=1/(1-v²/c²),其中,v是參照系原點的速度。按照牛頓動力學,v≡0。按照狹義相對論,v≡v。雖然二者異曲同工,但不可混為一談。


例如,考察一列火車以v'速度的乘客(m)的動能。①若以地面為參照系,參照速度v=0,地面觀察者覺得:乘客在運動,乘客的動能是E=E0γ=E0=½mv'²。

②若以乘客為參照系,參照速度v=v',地面觀察者覺得:乘客是運動的,乘客動能E=E0γ=E0×1/(1-v²/c²),有E>E0。

③若以乘客伴侶為參照系,伴侶覺得自己是靜止的,乘客速度v'=0,參照系速度v=v'=0,乘客的動能E=E0γ=0×1/(1-v²/c²)=0。

由此可見:以靜態參照系,分析物系運動狀態是最簡單的,不必考慮洛倫茲變換。


回到本題。乘客隨準光速飛船(v'≈c)的行程是100光年。①以地面觀察者為參照系v=0,乘客時間t=t0γ≈t0×1=100ly/c=100年。

②以乘客為參照系,參照系速度v≈c,地面觀察者覺得,乘客以準光速運動v'≈c,乘客經歷的相對論距離是L=L0/γ≈0,乘客經歷的時間t=L/v'=0.000...01秒。這在數學上無可厚非,但在物理上就是胡說八道。

③以乘客伴侶為參照系,伴侶覺得自己(相當於飛船)是靜止的,即v=0,乘客的相對速度v'=0,乘客經歷的時間:t=t0γ=100ly×1/(1-v²/c²)=100ly。依然是100光年。

綜上,狹義相對論給了一個全新的時空視角,然並卵,旁門左道,反而混淆視聽。回到絕對時空參照系,才是物理學的康莊大道!😂


原道童子

這個問題就是錯誤的問法,飛出太陽系後,不知這個時間系統如何定義了。那得研究時間是機械錶,還是電子錶。先來分析純機械錶,在太陽系外機械錶的轉速和太陽系內有差別。電子錶就更不用說了,能量場那麼多,表也許就壞了。如何來記時,記時也得出去時後讓地面的記,回來再計算。


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